《排列组合专题》PPT课件资料讲解.ppt
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1、加法原理和乘法原理加法原理和乘法原理 加法原理和乘法原理是排列组合的基础和核心,既可加法原理和乘法原理是排列组合的基础和核心,既可用来推导排列数、组合数公式,也可用来直接解题。它们用来推导排列数、组合数公式,也可用来直接解题。它们的共同点都是把一个事件分成若干个分事件来进行计算。的共同点都是把一个事件分成若干个分事件来进行计算。 利用加法原理,重在分利用加法原理,重在分“类类”,类与类之间具有独立,类与类之间具有独立性和并列性;性和并列性; 利用乘法原理,重在分步;步与步之间具有相依性和利用乘法原理,重在分步;步与步之间具有相依性和连续性。连续性。 比较复杂的问题,常先分类再分步。比较复杂的问
2、题,常先分类再分步。1.加法原理加法原理: 如果完成一项工作有两类如果完成一项工作有两类相互独立的方式相互独立的方式A和和B,在方式在方式A中有中有m种完成任务的途径种完成任务的途径,在方式在方式B中有中有n种完成任务的途种完成任务的途径径,则完成这项工作的总的途径有则完成这项工作的总的途径有m+n种种.2.乘法原理乘法原理: 如果完成一项工作有两个如果完成一项工作有两个连续的步骤连续的步骤A和和B,在步骤在步骤A中有中有m种不同的方式种不同的方式,在步骤在步骤B中有中有n种不同的方式种不同的方式,则完成则完成这项工作的总的方法有这项工作的总的方法有m*n种种.例例1、 从从1到到4这这4个数
3、码中个数码中不重复地任取不重复地任取3个构成一个构成一个三位数个三位数,求这样的三位数一共有多少个求这样的三位数一共有多少个?分析分析:构成三位数的过程可以看成是由连续的三步完成构成三位数的过程可以看成是由连续的三步完成:第一步第一步:取百位上的数字取百位上的数字,共有共有4种方法种方法第二步第二步:取十位上的数字取十位上的数字,共有共有3种方法种方法(即不能取百位上已即不能取百位上已经取走的数码经取走的数码)第三步第三步:取个位上的数字取个位上的数字,共有共有2种方法种方法(即不能取百位和十即不能取百位和十位上已经取走的数码位上已经取走的数码)因此由因此由乘法原理乘法原理,这样的三位数一共有
4、这样的三位数一共有:4*3*2=24种种.例2、 一个三位数,如果它的每一位数字都不小于另一一个三位数,如果它的每一位数字都不小于另一个三位数对应数位上的数字,就称它个三位数对应数位上的数字,就称它“吃掉吃掉”后一个后一个三位数,例如三位数,例如543吃掉吃掉432,543吃掉吃掉543,但是,但是543不能吃掉不能吃掉534。那么能吃掉。那么能吃掉587的三位数共有多的三位数共有多少个?少个? 百位上有百位上有5、6、7、8、9五种选择,十位上有五种选择,十位上有8、9两种选两种选择,个位上有择,个位上有7,8,9三种选择,所以共有三种选择,所以共有523=30(个)(个)三位数。三位数。例
5、例3、 如图,一方形花坛分成编号为如图,一方形花坛分成编号为,四块,现四块,现有红、黄、蓝、紫四种颜色的花供选种,要求每块只种一种有红、黄、蓝、紫四种颜色的花供选种,要求每块只种一种颜色的花,且相邻的两块种不同颜色的花。颜色的花,且相邻的两块种不同颜色的花。如果编号为如果编号为的的已经种上红色花已经种上红色花,那么其余三块不同的种法有,那么其余三块不同的种法有 种。种。21 编号为编号为的有三种选择,对于编号为的有三种选择,对于编号为的,可以分成以下二类:的,可以分成以下二类:1、若编号为若编号为的与编号为的与编号为的同色的同色,则编,则编号为号为的有三种选择。这种情况下共有的有三种选择。这种
6、情况下共有33种方案。种方案。2、若编号为若编号为的与编号为的与编号为的不同色的不同色,则,则编号为编号为的有二种选择,编号为的有二种选择,编号为的有二种的有二种选择。这种情况下共有选择。这种情况下共有322种方案。种方案。例例4、 用红、黄、绿、蓝、黑五种颜色涂在如用红、黄、绿、蓝、黑五种颜色涂在如下图所示的下图所示的ABCDE五区域,颜色可重复使用,五区域,颜色可重复使用,但同色不相邻,涂法有几种?但同色不相邻,涂法有几种? AC同色同色:5*4*4*1*4AC不同色不同色:5*4*4*3*31040 例例5、 在一块并排的10垄田地中,选择二垄分别种植A,B两种作物,每种种植一垄,为有利
7、于作物生长,要求A,B两种作物的间隔不少于6垄,不同的选法共有_种。分析:采取分类的方法。 第一类:A在第一垄,B有3种选择;第二类:A在第二垄,B有2种选择; 第三类:A在第三垄,B有一种选择, 同理A、B位置互换 ,共12种。 例例6、 某小组有某小组有10人,每人至少会英语和日语的一门,人,每人至少会英语和日语的一门,其中其中8人会英语,人会英语,5人会日语,从中选出会英语与会人会日语,从中选出会英语与会日语的各日语的各1人,有多少种不同的选法人,有多少种不同的选法? 由于由于8+51310,所以,所以10人中必有人中必有3人既会英人既会英语又会日语。语又会日语。(5+2+3)所以可分三
8、类:所以可分三类: 52 + 53 + 23=31例例7、 在所有的三位数中,有且只有两个数字相同在所有的三位数中,有且只有两个数字相同的三位数共有多少个的三位数共有多少个? (1),(2),(3),(1),(),(2 ),(),(3)类中每类都是)类中每类都是99种,共有种,共有99+99+99399243个只有两个数字相同的个只有两个数字相同的三位数。三位数。 例例8、求正整数求正整数1400的正因数的个的正因数的个数数 因为因为任何一个正整数的任何一个正因数任何一个正整数的任何一个正因数(除除1外外)都是这个都是这个数的一些质因数的积数的一些质因数的积,因此,我们先把,因此,我们先把14
9、00分解成质因数的分解成质因数的连乘积连乘积1400=23527.所以这个数的任何一个正因数都是由所以这个数的任何一个正因数都是由2,5,7中的中的若干若干个相乘而得到个相乘而得到(有的可重复有的可重复)。 于是取于是取1400的一个正因数,这件事情是分如下三个步骤的一个正因数,这件事情是分如下三个步骤完成的:完成的:(1)取取23的正因数是的正因数是20,21,22,23,共,共3+1种;种;(2)取取52的正因数是的正因数是50,51,52,共,共2+1种;种;(3)取取7的正因数是的正因数是70,71,共,共1+1种种所以所以1400的正因数个数为的正因数个数为(3+1)(2+1)(1+
10、1)=24例例9、 从从1到到300的自然数中,完全不含有数字的自然数中,完全不含有数字3的的有多少个?有多少个? 将将0到到299的整数都看成三位数,其中数字的整数都看成三位数,其中数字3不不出现的,百位数字可以是出现的,百位数字可以是0,1或或2三种情况。十位三种情况。十位数字与个位数字均有九种,因此数字与个位数字均有九种,因此除去除去0共有共有3991=242(个个)例例10、 在小于在小于10000的自然数中,含有数字的自然数中,含有数字1的数有的数有多少个?多少个? 不妨将不妨将0至至9999的自然数均看作四位数,凡位数不到的自然数均看作四位数,凡位数不到四位的自然数在前面补四位的自
11、然数在前面补0, ,使之成为四位数。使之成为四位数。先求不含数字先求不含数字1的这样的四位数共有几个,即有的这样的四位数共有几个,即有0,2,3,4,5,6,7,8,9这九个数字所组成的四位数的个数。这九个数字所组成的四位数的个数。由于每一位都可有由于每一位都可有9种写法,所以,根据乘法原理,由这九种写法,所以,根据乘法原理,由这九个数字组成的四位数个数为个数字组成的四位数个数为99996561。 于是,小于于是,小于10000且含有数字且含有数字1的自然数共有的自然数共有9999-6561=3438个个排列的定义排列的定义 数学上,把若干元素,按照任何一种顺序排成数学上,把若干元素,按照任何
12、一种顺序排成一列,叫做排列。一列,叫做排列。 如果两个排列满足下列条件之一,它们就被认如果两个排列满足下列条件之一,它们就被认为是不同的排列:为是不同的排列: 1.所含元素不全相同所含元素不全相同 2.所含元素相同,但顺序不同。所含元素相同,但顺序不同。相异元素不重复的排列相异元素不重复的排列 从从 n个不同的元素中,取出个不同的元素中,取出r个不重复的元素,个不重复的元素,按次序排成一列,当按次序排成一列,当rn时,称为从时,称为从n个中取个中取r个的个的一种选排列。一种选排列。如:从如:从a,b,c这三个字母中,每次取出这三个字母中,每次取出2个,有多少种排列方法个,有多少种排列方法?第一
13、步:确定左边的字母,在三个字母中任取一个,有种方法;第一步:确定左边的字母,在三个字母中任取一个,有种方法;第二步:确定右边的字母,从剩下的个字母中选取一个,有种第二步:确定右边的字母,从剩下的个字母中选取一个,有种方法;方法;根据根据乘法原理乘法原理,共有,共有种不同的排法种不同的排法. ab ac ba bc ca cb 一般地,从一般地,从n个不同的元素中取出个不同的元素中取出r个元素的个元素的选排列数用选排列数用 表示,则表示,则 n!/(n-r)!rnPrnP例例全国足球甲级(组)联赛共有队参全国足球甲级(组)联赛共有队参加,每队都要与其它各队在加,每队都要与其它各队在主、客场主、客
14、场分别比赛一分别比赛一次,共进行多少场比赛?次,共进行多少场比赛? 任何二个队进行一次主场比赛和一场客场比任何二个队进行一次主场比赛和一场客场比赛,相当于从赛,相当于从14个元素中任取个元素中任取2个元素的一个排个元素的一个排列,共需进行的比赛场次是列,共需进行的比赛场次是 =14!/12!=14*13=182214P当当n=r时时,叫做叫做n个不同元素的个不同元素的全排列全排列n个不同元素的全排列数个不同元素的全排列数Pnn n!例例个人站成一排照相,共有多少种不同的排个人站成一排照相,共有多少种不同的排列方法?列方法? !33P例例3、求有多少个、求有多少个没有重复数字没有重复数字且能被且
15、能被5整除整除的四位奇数。的四位奇数。 要能被要能被5整除又是奇数,所以个位上数字只能整除又是奇数,所以个位上数字只能是是5,有有1种选法,由于种选法,由于5已用过,又不可能是已用过,又不可能是0,所以所以千位上数有千位上数有P18种选法种选法,已用过已用过2个数,所以百位、十个数,所以百位、十位上的数有位上的数有P28种选法。种选法。 所以符合题意的个数为:所以符合题意的个数为: 1 P18 P28448例例4、用、用0、1、2、3、4、5六个数字,可以六个数字,可以组成多少个没有重复数字的三位偶数?组成多少个没有重复数字的三位偶数?1.个位为个位为0,十位为十位为1、2、3、4、5中的一个
16、,百位为剩下的中的一个,百位为剩下的四个数字中的一个,所以这样的偶数共有四个数字中的一个,所以这样的偶数共有1P15P142.个位为个位为2,百位为百位为1、3、4、5中的一个,十位为剩下的四个中的一个,十位为剩下的四个数字中的一个,所以这样的偶数共有数字中的一个,所以这样的偶数共有1P14P143.个位为个位为4,百位为百位为1、2、3、5中的一个,十位为剩下的四个中的一个,十位为剩下的四个数字中的一个,所以这样的偶数共有数字中的一个,所以这样的偶数共有1P14P14所以符合题意的个数为所以符合题意的个数为20161652例例5、 8位同学排成相等的两行,要求某两位同位同学排成相等的两行,要
17、求某两位同学必须排在前排,有多少种排法?学必须排在前排,有多少种排法? 这两个同学排在前排这两个同学排在前排4个位置的排列数是个位置的排列数是P24,其它同学在余下的其它同学在余下的6个位置排的排列数是个位置排的排列数是6!,所!,所以符合题意的个数为以符合题意的个数为P246!127208640。例例6、某车站有编号为某车站有编号为1到到6的的6个入口处,每个个入口处,每个入口处入口处每次只能进一人每次只能进一人,问一个小组,问一个小组4人进站的人进站的方案有几种?方案有几种?第一个人有第一个人有6种方案,第二个人有种方案,第二个人有7种方案,因为种方案,因为他选择和第一个人相同入口处时,还
18、有前后之他选择和第一个人相同入口处时,还有前后之分分9*8*7*6=3024 o o oo 在两个入口之间加一个标志,在两个入口之间加一个标志,共共5个无区别的标志,问题归结为个无区别的标志,问题归结为9个元素中有个元素中有5个无个无区别的元素,区别的元素,4个不同元素的排列数。所以个不同元素的排列数。所以4个人进站个人进站的方案数有:的方案数有:9!/5!9*8*7*6=3024相异元素的可重复排列相异元素的可重复排列 从从n个不同元素中取出个不同元素中取出r个元素的可重复的排列个元素的可重复的排列种数为种数为nr.93=729例例7由数字由数字1,2,3,9共能组成多少个三位数?共能组成多
19、少个三位数?相异元素的循环排列相异元素的循环排列 n个不同元素不分首尾排成一个圆圈,称为循环个不同元素不分首尾排成一个圆圈,称为循环排列。其排列数为排列。其排列数为n!/n=(n-1)!。 如如1,2,3三个数的循环排列只有,三个数的循环排列只有,二种。二种。例例8在圆形花坛外侧摆放盆菊花和盆兰花,在圆形花坛外侧摆放盆菊花和盆兰花,要求兰花不能相邻摆放,一共有多少种摆法?要求兰花不能相邻摆放,一共有多少种摆法?盆菊花摆成一周的排列方法有盆菊花摆成一周的排列方法有n1=!盆兰花插入个空中的排列总数有盆兰花插入个空中的排列总数有n2=P=8!/4!摆放总数为摆放总数为n=n1*n2=8467200
20、例例9有男女各五个人,其中有对是夫妻,沿有男女各五个人,其中有对是夫妻,沿圆桌就座,若每对夫妻都坐在相邻的位置,问有圆桌就座,若每对夫妻都坐在相邻的位置,问有多少种坐法?多少种坐法?设对夫妻分别为和设对夫妻分别为和a,和和b,和和c,先让,先让,三人和另外个人沿圆桌就座的方法为!种三人和另外个人沿圆桌就座的方法为!种又对上述每种坐法,又对上述每种坐法,a坐在的邻座的方式有左右两坐在的邻座的方式有左右两种,种,b,c也如此也如此所以共有!种所以共有!种不全相异元素的排列不全相异元素的排列 如果在如果在n个元素中,有个元素中,有n1个元素彼此相同,有个元素彼此相同,有n2个元素彼此相同,个元素彼此
21、相同,,又有又有nm个元素彼此相同,若个元素彼此相同,若n1+n2+nm=n,则这,则这n个元素的全排列叫做个元素的全排列叫做不全不全相异元素的全排列相异元素的全排列,其排列数为,其排列数为: n!/(n1!*n2!*nm!). 若若n1+n2+nm=rn,则这,则这n个元素的全排个元素的全排列叫做列叫做不全相异元素的选排列不全相异元素的选排列,其排列数为,其排列数为: prn/(n1!*n2!*nm!).例例10、将将N个红球和个红球和M个黄球排成一行。如个黄球排成一行。如:N=2,M=3可得到可得到10种排法。问题种排法。问题:当当N=4,M=3时有时有 种不同种不同排法排法?7!/(4!
22、*3!)=35NOIP2002 例例11、把两个红球、一个蓝球和一个白球放到、把两个红球、一个蓝球和一个白球放到十个编号不同的盒子中去,有多少种方法?十个编号不同的盒子中去,有多少种方法?排列数为排列数为p410/(2!*1!*1!)2520生成排列的算法生成排列的算法 下面程序的功能是利用递归方法生成从下面程序的功能是利用递归方法生成从1到到n(n10)的的n个数的全部可能的排列(不一定按升个数的全部可能的排列(不一定按升序输出)。序输出)。 例如,输入例如,输入3,则应该输出(每行输出,则应该输出(每行输出5个排个排列):列): 123 132 213 231 321 312 求全排列求全
23、排列(06年初赛题年初赛题)var var i,n,k:integer; i,n,k:integer; a:array1.10 of integer; a:array1.10 of integer; count:longint; count:longint; procedure perm(procedure perm( k k:integer); :integer); var j,p,t:integer; var j,p,t:integer; begin begin if( )then if( )then begin begin ( ); ( ); for p:=1 to k do for p
24、:=1 to k do write(ap:1); write(ap:1); write( ); write( ); if( )then if( )then writeln; writeln; exit; exit; end; end; for j:=k to n do for j:=k to n do begin begin t:=ak; t:=ak; ak:=aj; ak:=aj; aj:=t; aj:=t; perm(k+1) perm(k+1) ; ; t:=ak;( ) t:=ak;( ) end end end; end; begin begin writeln(Entry n:);
25、 writeln(Entry n:); read(n); read(n); count:=0; count:=0; for i:=1 to n do ai:=i; for i:=1 to n do ai:=i; ( ) ( ) end.end.perm(1)K=ninc(count)count mod 5=0ak:=aj; aj:=t ;123 132 213 231 321 312算法过程算法过程:用数组:用数组:a:array1.r of integer ;表示排列表示排列; 初始化时,初始化时,ai:=i(i=1,2,r);设中间的某一个排列为设中间的某一个排列为a1,a2,,ar,则求
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